電力水利]21世紀無煤柱開采沿空留巷技術新進展簡-資料下載頁

【導讀】有了多年煤礦生產技術經歷，今天才使我對煤炭資源的浪費感悟到內心觸動。我真正痛心的是兩個區段間隨手丟掉了那么多的煤柱資源。夠解決大多數復雜情況的無煤柱采煤技術。兩個區段之間的煤柱的回收猶如舉手之勞。話那就是我們科技工作者的“瀆職”。強烈的使命感驅使我這個晚醒的煤礦科技專業工作。我很想埋怨生活在今天的中國經濟飛速發展時期是造成煤礦資源浪費的主要原因。時候衡量一個領導者的政績是否應該將高產作為唯一標準？柱損失作為代價。我們是否能夠以人類在地球的可持續生存作為最高境界。天主宰者身后的近幾代人就開始指責我們。之初就得到99%的專家們的強烈反對。袁亮說這個成功是他堅持科學開采的結。沿空留巷和沿空掘巷那個方案更合適？針對不同的采礦條件采用什么方式沿空留巷隔離墻方案更合理？功大大提高了采礦效率。如今我們已經沖破了無煤柱開采沿空留巷問題瓶頸。.現澆混凝土隔墻技術評價........

　　

【正文】 ，這種具有初撐能力的砌體結構將會比現澆混凝土更優秀。 封閉 模鑄砌體就是為了克服上述兩種方法的缺陷產生的一種全新的隔離墻結構。 封閉 注漿指的是將砌體干砌成到一個封閉的袋模具內形成一個袋模包裹的干砌體結構，然后通 過高壓將水泥漿體注入這個封閉到袋模中的干砌體的細小空隙內形成一個具有強力支撐力的新的混凝土結構。因此，這樣的砌體施工技術具有幾個顯著優點： 預制 砌塊能夠保證最佳混凝土效果，比現場泵注的自密實混凝土墻提高 20%； 砌 體預制混凝土塊對頂板提高及時強大的被動初撐力，可以減少墻體厚度 15%，保證沿空留巷的安全性； 注 漿砌縫在 37 天內能夠提供一定的讓壓特性釋放切頂時候的礦壓峰值； 施工 快速，效果直觀，可靠性是目前所有形式中最好的 。 . 沿空留巷隔離墻復合模板支架 經過幾十年的實踐理論走向成熟，沿空留巷技術開始全面走向 實施。但現有的隔離墻施工方法上有許多缺陷需要改進?，F有的沿空留巷隔離墻施工模板方式如大型支架模板（淮南河北使用）需要配合生產工作面進度進行，因而存在生產和墻體施工的矛盾，這種矛盾一些時候不可調和。柔性模袋技術由中國礦大發明以來在沿空留巷領域產生了一個進步。但這種柔性模袋施工過程中需要人工完成支護工作，尤其是需要靠老空側的支護存在安全隱患。 圖表 47 自行模板支架 項目的效果 新的沿空留巷隔離墻的砌筑方案是設計了獨立的剛 柔復合模板支架。這種設計技術創新點在于： 1) 復合模板支架采用剛性外體和柔性半柔性內胎模組成。 施工效率高，安全可靠。 2) 內胎模采用普通阻燃纖維并且可以局部使用。 成本大約是現行純柔模的 1/10； 3) 模板支架獨立結構，工作面生產與后部沿空巷道隔離墻施工獨立進行， 生產砌墻互不影響， 錯誤 !未指定書簽。 西安科技大學惠興田 第 33 頁 20201216 1－ 33 提高生產效率 ； 4) 復合模板支架具有多面振搗功能。在同樣用料的情況下，比現有自密實混凝土的 成本降低強度提高 20%成本降低 15%。 . 沿空留巷 隔離墻方案 . 主要理論依據 沿空留巷隔離墻只有早期到回采過后 1030 米達到足夠高強度并且封閉接頂，使得隔離墻能 夠產生足夠的切頂力。這是沿空留巷成功的關鍵 沿空巷道礦壓特征 —— 沿空留巷礦壓是空間和時間的函數，采面后側 1530 米是礦壓急劇上升區域 。 沿空隔墻特征 —— 高強度隔墻能夠保證切頂發生在采空側，有利于巷道頂板維護和預防圍巖裂隙漏風； 沿空巷道頂板特征 —— 支護力不足容易導致頂板離層破裂，高于應力加固有利于頂板在受到各種復雜荷載情況下保持完整性。 沿空巷道支護對策 —— 早期高預應力支護，回采期不空頂支護，采后及時高強隔離墻接頂支護。 . 主要實踐依據 密集支柱 —— 支護材料品種多，工作量大，支護效果差，采空區隔離效果差等問題現在很少應用； 矸石堆垛法 —— 看似簡單經濟，但容易造成頂板過量下沉導致巷道失修影響回采工作。因此適應面很小。不容易推廣應用； 預制塊砌墻 —— 能夠基本形成一道隔離采空區的高強度墻體。但該方法還是不能解決墻體與頂板的接頂問題，又不能可靠密封，使用效果不佳； 高水充填材料強度低，用量大且不能有效控制直接頂的離層和及時切斷直接頂。支護強度不能適應沿空巷道的高壓突變性，材料成本很高。 混凝土墻體 —— 適應性廣，承載力高，安全可靠。缺點是施工的復雜以及強度上升的速度不能適應高產高效礦井工作面。漏漿問題存在。 混凝土膏體 技術 —— 雖然就地取材，成為環保開采，但由于施工工藝和膏體強度問題很難推廣； 柔模技術 —— 能夠快速施工和接頂，但成本很高，生產環節工序和工藝復雜。 封閉模鑄砌體混凝土技術 —— 快速施工接頂，硬質內核骨架保證早期高強，成本低廉，工藝簡單。 錯誤 !未指定書簽。 西安科技大學惠興田 第 34 頁 20201216 1－ 34 . 沿空掘巷施工技術 . 窄煤柱掘巷處于圍巖高應力區 一般煤柱應力影響區域為 2540m。傳統的開采工藝煤柱尺寸往往是以此為據選擇。這種開采帶來的煤炭資源損失已經引起了大家注意。近幾年已經將煤柱尺寸縮小到 36m并且產生了良好的經濟效益。但據研究表明，窄煤柱 46m 的范圍還是處于高應力 變化區域，巷道的維護仍然存在較大困難。 根據采礦區側煤體內應力分布規律，應力高峰區域在煤體內一定的區域（多在 815m）。因此，窄煤柱的選擇一定要靠近采空區側，而且越近越好。由于煤體內應力分布過程中，許多情況下煤體外側要產生一定范圍的塑性破壞區域。一旦將窄煤柱定到塑性區。巷道靠近采空側的幫部維護相當困難。但根據應力分布原理越靠近采空區的沿空巷道圍巖的地壓表現就越弱。這就是一對矛盾。為此，產生的架后隔離墻沿空掘巷和錨筋夾芯混凝土隔離墻兩種沿空掘巷技術方案。 . 架后沿空隔墻擴巷 架后沿空隔離墻擴巷的方式是一種保守 的沿空留巷方式，主要是用到頂板破碎，巷道維護困難的采面。比起沿空留巷來可靠性顯然上一個臺階。 這種沿空掘巷方案的顯著優點是： 墻體施工可靠性高。適應高應力破碎圍巖； 預制混凝土隔離墻靠一幫煤壁施工。操作方便； 隔離墻能夠充分接頂。保證沿空掘巷的頂部不會產生過量下沉而引起巷道維護困難； 其缺點為： 不能一次留巷，還需要掘巷施工，而且巷道的維護比常規順槽支護難度稍大。 . 錨筋夾心混凝土沿空掘巷 在完全留巷不具備條件的情況下，采用沿空掘巷是可行的。但沿空掘巷應該是越靠近采空區礦壓越小。為了達到煤柱回收和巷道維護的最 佳效果，可以采用小到一根錨桿長度的煤柱。但這個時候的煤柱體基本上為全塑性區，煤柱體的承載能力不足以完成順槽的任務。因此，新的技術專利方案是采用以原煤體為主體的復合錨筋混凝土結構。這一結構充分發揮了原煤體的連續性和混凝土的高強度表面封閉性，利用錨桿的錨固特性形成復合體的配筋。從理論上計算這種墻體具有比普通鋼筋混凝土強度低，但比普通煤柱體強度高出幾個等級。 該技術利用煤體的連續性形成沿空隔離墻主體，利用混凝土的高強度特征在煤體兩側使用錨桿的預應力將混凝土和煤體錨固在一起形成一道以錨桿為筋肋的預應力夾芯混凝土隔離 墻。這一結構充分發揮了原煤體的連續性和混凝土的高強度表面封閉性，利用錨桿的錨固特性形成復合體的配筋。 錯誤 !未指定書簽。 西安科技大學惠興田 第 35 頁 20201216 1－ 35 錨筋夾芯混凝土隔墻幾個顯著優點： ? 嚴密的封閉特性是任何沿空巷道所無法比擬的。任何情況下不會導致采空區漏風； ? 復合墻體的綜合承載能力相當于 鋼筋混凝土墻體強度。足夠的支撐能力控制沿空側頂板的動態沉降確?；夭砂踩?； ? 力學上充分利用地壓規律使巷道圍巖應力處于合理降壓區域。減少巷道維護量； ? 施工方法簡單可靠。無需專業施工機具。 錨筋夾芯混凝土隔離墻沿空掘巷 是針對 ：突出易燃煤層；松軟破碎圍巖；大采高煤層；高效推 采工作面。 而開發的新專利技術。 錯誤 !未指定書簽。 西安科技大學惠興田 第 36 頁 20201216 1－ 36 5. 封閉 模鑄砌體隔墻沿空留巷技術簡介 分析 了國內外沿空留巷技術和實踐的發展現狀，研究了目前沿空留巷隔離墻帶支護技術方法和實踐。經過幾十年的研究我們認識到傳統的幾種方法失敗的原因是隔離結構的強度與實際需要相差太遠。沿空隔墻需要足夠強度承載采空區邊緣的切頂壓力。傳統的支架支柱，預制水泥砌塊和矸石被動充填不能很好的實現支護效果，不能滿足控頂和密封的需要。其原因都是因為沒有足夠的支護強度以至于使采空側產生切頂。現澆混凝土技術方案能夠在采礦條件允許情況下（回采速度適合）能最大限度的滿地 強度的要求，只有支護施工工藝合理就能夠及時切頂。在近幾年的實踐中混凝土被認為是當今最為理想的方案。 因此，沿空留巷的關鍵技術是： 高強度，墻外切頂。保證頂板完整性的同時讓壓力向深部轉移。 嚴密封，稍微讓壓。保證墻體完整性的同時嚴格密封采空區。 . 混凝土隔墻技術分析 整體高強度適應性廣。但早期強度較低，柔模成本很高，施工準備成本高 現 澆混凝土隔離墻是現有技術中適應性最廣，應用最可靠的方法。但其施工中還有不足。分析如下： 剛性 模板現澆混凝土不能很好的解決墻體貼頂問題。為解決此問題，中國礦業大學在2020 年和西安科 技大學在 2020 年曾經發明了不同形式的柔性袋裝泵送混凝土施工技術給沿空留巷帶來新的生機。 —— 但該方案柔性模板的生產成本投入較大，施工的墻體不規則造成承載力相對較小。為了補足這個缺點就需要增加墻體厚度，使得比現澆滑模材料消耗量增大約 58%。重要的是柔模的強度不能適應 2 米以上的采高需要，加高柔模會產生非常高的成本。目前柔模的成本在每一立方混凝土中達到 400 元以上。 各種 現澆混凝土不能解決采動礦壓的及時支撐問題。比如，一些工作面回采速度達到每日 510m，需要墻體能夠在 35 天達到最大承載力。這不符合混凝土的強 度上升規律。為了補足這一缺陷 —— 只有靠增加墻體厚度來解決（比一般墻體要多出 25%的材料消耗）。 袋 注混凝土都是自密實混凝土結構。這種自密實混凝土結構比振搗混凝土強度降低大約 15%—— 解決這個問題的方法就是增加墻體厚度（材料消耗量增加 1015%；自密實混凝土比常規混凝土增加添加劑的成本多出 20%以上）。 由 上分析可知：這種袋注自密實混凝土與一般剛性模板混凝土技術比起來具有優勢，已經在現場應用取得巨大成功。但這一技術其混凝土初期 37 天的抗壓強度的不足、自密實的強度損失缺陷以及柔性模板強度等問題還需要進一步的 技術創新。 雖然袋注自密實混凝土是泵送混凝土隔離墻技術中比較理想的方法。但其施工工藝上 錯誤 !未指定書簽。 西安科技大學惠興田 第 37 頁 20201216 1－ 37 的缺陷使得該項技術不能發揮最佳效果。 . 封閉注漿砌筑技術方案 沿 空巷道的秘訣在于： 高強能夠承受多次動壓 高強能夠及時切頂遠離煤壁 高強能夠保證巷道最小的維護成本 能夠接頂的高強才是真正有效的高強 封閉注漿砌筑技術 是為了克服袋注混凝土早期強度低、成本高施工效率低而開發的 矸石 充填雖然支護效果差，但具方便簡單廉價特征；換句話說，只要能夠克服矸石充填法的支護貼頂初撐力問題，就會形成一種廉價高效的沿空留巷技術方法。 砌 體結構 雖然材料用量大，運輸施工都有不便，但具有較大變形情況下的較高初撐抵抗能力。換句話說，只要能夠提高砌體結構的初撐能力，這種具有初撐能力的砌體結構將會比現澆混凝土更優秀。 封閉 注漿指的是將砌體干砌成到一個封閉的袋模具內形成一個袋模包裹的干砌體結構，然后通過高壓將水泥漿體注入這個封閉到袋模中的干砌體的細小空隙內形成一個具有強力支撐力的新的混凝土結構。因此，這樣的砌體施工技術具有： 預制 砌塊能夠保證最佳混凝土效果，比現場泵注的自密實混凝土墻的提高 20%； 砌 體預制混凝土塊對頂板提高及時強大的被動初撐力，可以減少墻體 厚度 15%，保證沿空留巷的安全性； 注 漿砌縫在 37 天內能夠提供一定的讓壓特性釋放切頂時候的礦壓峰值； 施工 快速，效果直觀，可靠性是目前所有形式中最好的 封閉模鑄專利技術中，封閉模鑄砌體技術具有施工方便簡單，成本的，支護強度高，密閉性好，設備投資小等優點。因此，在王斜礦實施沿空留巷選擇封閉模鑄砌體技術。 沿 空留巷技術能否實現的關鍵就決定于砌墻技術的完善性。 在 研究了國內外沿空留巷技術和目前國內使用效果最好的混凝土隔墻技術的基礎上。西安科技大學惠興田教授科研團隊從 2020 年開始專注于沿空留巷技術的研究。 2020 年至2020 年發明了滑模泵鑄混凝土、復合模鑄隔墻和封閉模鑄砌體沿空留巷隔墻技術 3 項專 錯誤 !未指定書簽。 西安科技大學惠興田 第 38 頁 20201216 1－ 38 利。特別推薦的模鑄砌體結構因為技術思路簡潔直觀，施工工藝簡化，投資小，容易上馬是現代沿空留巷隔墻技術上的大的創舉。 . 泵注混凝土技術分析 現 澆混凝土不能解決采動礦壓的及時支撐問題。一些工作面回采速度達到每日 5m 以上，需要墻體能夠在 35 天達到最大承載力，這不符合混凝土的強度上升規律。現場為了解決現澆混凝土的強度上升速度緩慢的問題，只有靠增加墻體厚度來解決。這就形成比一般墻體要多出 25%的材料消耗。 袋 注混凝土都是自密實混凝土 結構。這種自密實混凝土結構比振搗混凝土強度降低約15%，費用增加 15%。解決這個問題的方法也是靠增加墻體厚度，因此導致材料消耗量增加 1015%。 現 澆混凝土施工工藝管理相當復雜。需要建設地面大型烘干砂子石子；需要混凝土干拌；需要重新裝袋；需要井下二次拌合。工序多，環節多